COMPLETOMODELO SELTAR OKIS

UNIVERSIDAD TCNICA PARTICULAR DE LOJA La Universidad Catlica de LojaLa Universidad Catlica de LojaLa Universidad Catlica de LojaLa Universidad Catlica de Loja

ESCUELA DE INGENIERA CIVIL

Estudio, diseo y seleccin de la tecnologa adecuada

para tratamiento de aguas residuales domsticas para

poblaciones menores a 2000 habitantes en la ciudad de

Gonzanam

Tesis de Grado previo a la obtencin del Ttulo de Ingeniero Civil

AUTORES:

LORENA ELIZABETH BERMEO CASTILLO JORGE LUIS SANTN TORRES

DIRECTORA: Ing. MNICA CISNEROS ABAD

2010

RESUMEN

1

ESTUDIO, DISEO Y SELECCIN DE LA TECNOLOGA ADECUADA

PARA TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DOMSTICAS PARA

POBLACIONES MENORES A 2000 HABITANTES EN LA CIUDAD DE

GONZANAM

Bermeo C. Lorena E., Santn T. Jorge L.

Escuela de Ingeniera Civil, Universidad Tcnica Particular de Loja e-mail: [email protected]; [email protected]

RREESSUUMMEENN

El presente artculo resumen los resultados que se han obtenido durante el desarrollo del proyecto de tesis denominado Estudio, diseo y seleccin de la tecnologa adecuada para tratamiento de aguas residuales domsticas para poblaciones menores a 2000 habitantes en la ciudad de Gonzanam.

Este proyecto tiene como objetivo primordial seleccionar un tratamiento de aguas residuales para la ciudad de Gonzanam, con nfasis en tratamientos naturales de infiltracin directa en el terreno o mtodos acuticos, como una alternativa sostenible y de bajo coste para reducir la contaminacin de los causes de agua dulce, garantizar la salud de los habitantes y potenciar el rehus del agua residual para riego. El contenido de la presente tesis consta de: generalidades, caracterizacin de aguas residuales, caracterizacin fsico-qumica e hidrulica del suelo, estudio climatolgico, seleccin de la tecnologa de tratamiento de aguas residuales, diseo de la planta de tratamiento utilizando un humedal de flujo superficial y manual de operacin y mantenimiento, estudio de impacto ambiental, presupuesto, conclusiones y anexos.

IINNTTRROODDUUCCCCIINN

El crecimiento de la poblacin ha trado consigo un problema de contaminacin ocasionado por el vertimiento de las aguas residuales sin tratamiento. Por tanto, es prioritario generar proyectos para atenuar esta problemtica, garantizando la descontaminacin ambiental y la salud pblica.

Actualmente existen numerosas alternativas de tratamiento de aguas residuales, sin embargo, la deficiente operacin y mantenimiento y su baja adaptacin al medio han ocasionado que

estas fracasen y sean abandonadas, repercutiendo en grandes prdidas para los municipios, juntas parroquiales, etc. Por tanto, los tratamiento de aguas residuales por mtodos naturales se presenta como una opcin sostenible para las pequeas y medianas poblaciones dada su alta eficiencia, bajos costos de operacin y mantenimiento, facilidad de construccin, comparado con los sistemas convencionales.

El presente trabajo contribuye de alguna manera a reducir la contaminacin por aguas residuales mal tratadas en el

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cantn Gonzanam, a travs de la bsqueda de una tecnologa que sea relativamente econmica pero no menos eficiente que los sistemas convencionales, sin consumir las grandes cantidades de energa de los sistemas aerbicos modernos y por ende colaborando con la preservacin del medio ambiente sin afectar el calentamiento global. Para este fin se seleccionar y disear la tecnologa ms adecuada utilizando sistemas naturales, considerando un tratamiento primario, previo al diseo propuesto, con el fin de optimizar la remocin de contaminantes.

OOBBJJEETTIIVVOO

Estudiar, seleccionar y disear un tratamiento de aguas residuales basado en alternativas naturales que se adapte a las condiciones propias de la ciudad de Gonzanam, contribuyendo a la disminucin de la contaminacin de los cauces naturales y de enfermedades de origen hdrico.

MMEETTOODDOOLLOOGGAA

El estudio se inici con la recopilacin de experiencias relacionadas con los mtodos naturales y el anlisis de las metodologas de seleccin de tecnologas desarrolladas en el campo del tratamiento de las aguas residuales domsticas que se adapten para poblaciones menores a 2000 habitantes.

Se ha realizado visitas tcnicas para recopilar informacin demogrfica de la ciudad, para la toma de muestras de agua residual durante el perodo de enero a noviembre de 2009, toma de muestras para ensayos fsico-qumicos

del suelo y ensayos in-situ para permeabilidad y determinacin de la profundidad del nivel fretico. As tambin, a travs del los resultados obtenidos de los anlisis en laboratorio tanto de aguas como de suelos se ha procedido a caracterizar el agua residual, el suelo y climatologa de la zona.

De los estudios realizados se puedo obtener la informacin para seleccionar una tecnologa natural de depuracin en base a las alternativas de infiltracin directa en el terreno o mtodos acuticos que se adapte a las condiciones de la ciudad de Gonzanam, para posteriormente disear la planta de tratamiento.

EESSTTUUDDIIOOSS RREEAALLIIZZAADDOOSS

11.. Caracterizacin del agua residual.- Este proceso ha consistido en conocer la composicin fsico-qumica y bacteriolgica del agua residual a travs de la toma de muestras en el punto de la descarga del alcantarillado sanitario, y su respectivo anlisis en laboratorio con un total de seis muestreos de enero a noviembre de 2009. Adems, conocer el volumen y distribucin estacional de los vertidos.

2. Estudios climatolgicos.- El estudio de climatologa consisti en la determinacin de los factores como: precipitacin media mensual, temperatura media mensual, velocidad del viento media mensual, evapotranspiracin media mensual y balance hdrico, utilizando la base

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3

de datos de diferentes aos de registro de la estacin climatolgica ordinaria Gonzanam propiedad del INAMHI.

3. Caracterizacin fsico-qumica e hidrulica del suelo.- El estudio de suelo permite establecer si el sitio escogido es apropiado o no para implantar un sistema de tratamiento natural de aguas residuales. De esta forma se ha iniciando con la toma de muestras alteradas para el anlisis en laboratorio tanto de ensayos fsicos qumicos e hidrulicos, logrando establecer el tipo de suelo, su textura, su composicin de macro nutrientes, micro nutrientes, materia orgnica, capacidad de intercambio catinico y permeabilidad del suelo. Adems se han realizado pruebas in situ para la determinacin de la capacidad de infiltracin del suelo y la profundidad del nivel fretico.

4. Estudio socio-econmico- sanitario.- Consisti en la aplicacin de encuestas en la zona de estudio, obtenindose resultados de, cobertura de servicios bsicos (agua potable, alcantarillado, tipo de alcantarillado, energa elctrica, centro de salud), actividades econmicas de la poblacin, existencia de microempresas, eliminacin de aguas, disposicin de desechos slidos. Estos datos nos servirn para conocer las costumbres de la poblacin con respecto al uso del agua y corroborar que el origen del

agua residual de la ciudad es caracterstico de un agua domstica, sin contaminacin de desechos industriales.

5. Preseleccin de las tecnologa.- Los sistemas naturales de depuracin escogidas como alternativas de tratamiento de las aguas residuales para la ciudad de Gonzanam son las siguientes: tratamientos sobre el terreno (infiltracin rpida IR, infiltracin lenta IL, escorrenta superficial ES) y los mtodos acuticos (Humedales de flujo superficial HFL, humedales de flujo subsuperficial HSS).

6. Estudio de impacto ambiental.- La construccin de la planta de tratamiento de aguas residuales conlleva al estudio de impacto ambiental en la zona, permitiendo identificar las acciones y los factores ambientales que se ven afectados de forma positiva o negativa en las diferentes etapas del proyecto, a travs de una evaluacin de la magnitud e importancia de las mismas utilizando la matriz de Leopold.

Seguidamente se estableci las medidas de mitigacin de los impactos ambientales causados por la ejecucin del proyecto.

RREESSUULLTTAADDOOSS OOBBTTEENNIIDDOOSS

Despus de realizados todos los estudios de campo y gabinete se ha llegado a obtener los siguientes resultados:

La caracterizacin de las aguas residuales y el estudio socio econmico realizado en la ciudad de

Gonzanam, nos ha llevado a obtener que la composicin del agua residual en un 95% constituye agua

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4

residual domstica. Los cuadros de las concentraciones de cada parmetro analizado los podr encontrar en el documento de tesis.

La relacin DBO5/DQO es de 2.2, lo que indica que el agua residual de la ciudad de Gonzanam es biodegradable, apta para ser tratada por tecnologas naturales de depuracin.

El tipo de suelo de la zona de estudio es generalmente de textura fina correspondiente a un suelo arcilloso de baja permeabilidad. En cuanto a su composicin qumica se ha establecido que el suelo es ligeramente cido, con un bajo contenido de materia orgnica y una buena adsorcin garantizando que existir una buena depuracin del agua residual.

La poca lluviosa est comprendida entre los meses de diciembre a abril, registrndose una precipitacin media de 218.7 mm. La poca seca se presenta de mayo a septiembre con muy poca incidencia de lluvia. Por otra parte la temperatura ambiente se encuentra en un rango de 16 C a 18 C y la direccin preponderante del viento fluye con mayor incidencia en la direccin este y noreste.

Basados en criterios de seleccin desarrollados por investigadores del campo del tratamiento de aguas residuales y los datos recopilados en la ciudad de Gonzanam, se ha seleccionado la tecnologa de Humedales de flujo superficial como tratamiento de las aguas residuales, tomando en consideracin que se

debe disear un pretratamiento para la eliminacin de slidos y grasas.

El diseo de la planta depuradora de aguas residuales consta de un pretratamiento compuesto por un canal de entrada, vertedero de excesos, canal de desbaste, canal desarenador, desengrasador y un distribuidor de caudales hacia los humedales, las mismas que permiten la retencin de un gran porcentaje de slidos y partculas abrasivas as como del exceso de grasas, ayudando al tratamiento a funcionar ptimamente. La siguiente etapa consta de un tratamiento biolgico a travs de un humedal de flujo superficial constituido por 4 balsas donde se produce la remocin de DBO de 60% al 81%, nitrgeno total > 80% y patgenos ms del 99%.

El detalle todos los resultados los podr encontrar en el documento completo de tesis.

RREEFFEERREENNCCIIAASS

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5

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e/123456789/6032???help.index???.

Ingeniera Mnica Cisneros Abad, DOCENTE DE LA ESCUELA DE INGENIERA CIVIL Y DIRECTORA DE TESIS;

C E R T I F I C A:

Que revisada y dirigida la tesis sobre el tema: ESTUDIO, DISEO Y SELECCIN DE LA TECNOLOGA ADECUADA PARA TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DOMSTICAS PARA POBLACIONES MENORES A 2000 HABITANTES EN LA CIUDAD DE GONZANAM, fue elaborada por los Egresados Lorena Elizabeth Bermeo Castillo y Jorge Luis Santn Torres bajo mi direccin, habiendo cumplido con los requisitos metodolgicos, tericos, prcticos, laboratorio y de investigacin. Despus de la revisin, anlisis y correccin respectiva, autorizo su presentacin para la defensa y sustentacin del proyecto de tesis.

Loja, marzo de 2010

Ing. Mnica Cisneros Abad DIRECTORA DE TESIS

i

CESIN DE DERECHOS DE TESIS

Lorena Elizabeth Bermeo Castillo y Jorge Luis Santn Torres declaramos ser autores del presente trabajo y exoneramos expresamente a l Universidad Tcnica Particular de Loja, y a sus representantes legales de posibles reclamos o acciones legales.

Adicionalmente, declaramos conocer y aceptar la disposicin del Art. 67 del Estatuto Orgnico de la Universidad Tcnica Particular de Loja que su parte pertinente textualmente dice: Forman parte del patrimonio de la Universidad la propiedad intelectual de investigaciones, trabajos cientficos o tcnicos, tesis de grado que se realicen a travs, o con el apoyo financiero, acadmico o institucional (operativo) de la universidad.

LORENA E. BERMEO CASTILLO JORGE L. SANTN TORRES

ii

A U T O R A

Las ideas y conceptos, as como el tratamiento formal y cientfico de la metodologa de la investigacin contemplados en la tesis sobre ESTUDIO, DISEO Y SELECCIN DE LA TECNOLOGA ADECUADA PARA TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DOMSTICAS PARA POBLACIONES MENORES A 2000 HABITANTES EN LA CIUDAD DE GONZANAM, previa a la obtencin del grado de Ingeniero Civil de la Escuela de Ingeniera Civil de la Universidad Tcnica Particular de Loja, son de nuestra responsabilidad.

LORENA E. BERMEO CASTILLO JORGE L. SANTN TORRES

iii

AGRADECIMIENTO

Nuestro especial agradecimiento por el apoyo brindado:

Primeramente a Dios, por regalarnos el don de la inteligencia y la sabidura para enfrentar los obstculos presentados durante nuestra vida universitaria.

A nuestros queridos padres y hermanos por el cario y confianza brindado en todo momento, pero sobre todo por estar cada uno a su manera, respaldndonos para alcanzar nuestros objetivos.

A La Universidad Tcnica Particular de Loja, Escuela de Ingeniera Civil, a sus dignas autoridades administrativas y acadmicas, quienes nos han permitido formarnos en los mbitos: intelectual, espiritual y personal para llegar a ser profesionales que sirvan a la sociedad.

A la Ing. Mnica Cisneros Abad, por su don de gente y por haber confiado en nosotros proporcionndonos su apoyo para la exitosa culminacin de esta tesis. Al laboratorio de IQA de la Universidad Tcnica Particular de Loja, de manera especial al Ing. Celso Romero e Ing. Silvio Aguilar por compartir con nosotros sus conocimientos y guiarnos en las actividades que ah se ha realizado durante este proceso.

A nuestros compaeros del proyecto, por su amistad, afecto y respaldo.

A todos nuestros amigos y personas cuyo afecto y cario han sido un respaldo y apoyo durante toda nuestra vida universitaria.

LOS AUTORES

iv

DEDICATORIA

De manera especial a mis queridos padres Braulio y Amrica por el esfuerzo espiritual, moral y econmico que han realizado durante toda mi vida acadmica; a mis Hermanos, mis Abuelitos, mis grandes amigos, ya que sin su apoyo y cario no se habra podido cristalizar esta etapa tan significativa para mi vida. A todos y cada uno de ustedes mi gratitud infinita.

LORENA ELIZABETH BERMEO CASTILLO

Dedico este trabajo a mis queridos padres Jorge Santn y Faviola Torres por el inconmensurable apoyo que me brindaron en el transcurso de mi carrera, a mis hermanos y familiares que estuvieron a mi lado para animarme a seguir adelante. Mi gratitud infinita a todos ustedes por ser parte de lo que ahora he logrado.

JORGE LUIS SANTN TORRES

v

NDICE CONTENIDO

CertificaciniCesin de derechos de tesis....................................................................................................................................................iiAutoraiiiAgradecimiento.ivDedicatoria.vndice..vi

1.1.Introduccin 11.2.Descripcin de la zona de estudio 21.3.Estudio socio econmico sanitario ..2

1.3.1. Clculo del tamao de la muestra ..21.3.2. Resultados de las encuestas 3

1.4.Aguas residuales urbanas (ARU): Caractersticas y composicin71.4.1. Descripcin.71.4.2. Caractersticas y composicin.71.4.2.1.Caractersticas fsico-qumicas71.4.2.2.Pesticidas clorados y pesticidas organoclorados 141.4.2.3.Caractersticas bacteriolgicas..15

1.5.El suelo: Caractersticas y composicin..151.5.1. Caractersticas fsicas del suelo.151.5.2. Caractersticas qumicas del suelo..181.5.3. Caractersticas hidrulicas del suelo..21

1.6.Caractersticas climatolgicas.231.6.1. Recopilacin de la informacin.241.6.2. Precipitacin.251.6.3. Temperatura.251.6.4. Evapotranspiracin..251.6.5. Viento.26

1.7.Tratamientos naturales de aguas residuales sobre el terreno.271.7.1. Infiltracin rpida (IR)271.7.2. Infiltracin lenta (IL)281.7.3. Escorrenta superficial (ES).281.7.4. Humedales .29

1.8.Consideraciones ambientales301.9.Criterios de seleccin de la tecnologa para tratamiento de aguas residuales31

CAPTULO 2: CARACTERIZACIN DE AGUAS RESIDUALES

2.1.Introduccin..322.2.Muestreo de aguas...32

2.2.1. Programa de muestreo de agua residual....322.2.2. Toma de muestras..332.2.3. Aforo de aguas residuales....352.2.4. Medicin de la Temperatura en las muestra....372.2.5. Anlisis de Laboratorio..382.2.6. Anlisis y discusin de resultados....402.2.7. Medida de la biodegradabilidad..............................49

CAPTULO 1: GENERALIDADES

vi

CAPTULO 3: CARACTERIZACIN FSICA, QUMICA E HIDRALICA DEL SUELO

3.1. Muestreo de suelos513.1.1. Toma de muestras para ensayos fsicos..513.1.2. Toma de muestras para ensayos qumicos.52

3.2. Anlisis de laboratorio y ensayos in-situ533.3. Resultados y discusin54

3.3.1. Caracterizacin fsica del suelo..543.3.2. Caracterizacin qumica del suelo553.3.3. Caracterizacin hidrulica del suelo.57

CAPITULO 4: ESTUDIO HIDROLGICO DE LA ZONA

4.1. Precipitacin614.2. Temperatura.624.3. Climograma de la ciudad de Gonzanam.634.4. Viento.644.5. Evapotranspiracin.654.6. Balance Hdrico.66

CAPITULO 5: SELECCIN DE LA TECNOLOGA DE DEPURACIN DE AGUAS RESIDUALES DOMSTICAS

5.1. Alternativas de tratamiento 685.2. Criterios considerados en la seleccin de la tecnologa de tratamiento685.3. Seleccin de la tecnologa.71

5.3.1. Matrices de seleccin715.3.2. Valoracin de las matrices de seleccin735.3.3. Matrices de seleccin final74

CAPITULO 6: DISEO DEL SISTEMA DEPURADOR DE AGUAS RESIDUALES DOMSTICAS DEL CANTN

GNZANAM

6.1. Descripcin del tratamiento776.2. Determinacin de la poblacin futura786.3. Caudales de diseo786.4. Dimensionamiento de la depuradora80

6.4.1. Canal de entrada806.4.2. Aliviadero de entrada826.4.3. Paso del caudal al desbaste836.4.4. Dimensionamiento del canal de desbaste y rejilla846.4.5. Dimensionamiento del desarenador876.4.6. Dimensionamiento del desengrasador896.4.7. Diseo hidrulico y dimensionamiento de los humedales de flujo superficial906.4.8. Seleccin de la vegetacin94

6.5. Manual de operacin y mantenimiento956.5.1. Unidades de pretratamiento956.5.2. Humedales de flujo superficial976.5.3. Operador de la planta de tratamiento996.5.4. Equipos de trabajo1006.5.5. Toma de muestras para la evaluacin del efluente101

vii

CAPITULO 7: ESTUDIO DE IMPACTO AMBIENTA PARA EL TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES

7.1. Introduccin1027.2. Metodologa1027.3. Marco Legal1037.4. Descripcin del proyecto1037.5. Caracterizacin del rea de influencia104

7.5.1. Medio fsico1047.5.2. Medio bitico1057.5.3. Medio social y econmico de la regin106

7.6. Caracterizacin, identificacin y prediccin de los impactos de la alternativa seleccionada1077.6.1. Caractersticas del mtodo1077.6.2. Identificacin de acciones y factores ambientales que afectan en la construccin del proyecto1117.6.3. Identificacin de acciones y factores ambientales que afectan en la etapa de operacin y mantenimiento 113

7.7. Matriz de identificacin y valoracin de impactos ambientales1157.8. Medidas de mitigacin118

7.8.1. Medidas de mitigacin durante la construccin1187.8.2. Medidas de mitigacin durante la etapa de operacin y mantenimiento118

7.9. Comparacin ambiental de las alternativas1197.9.1. Alternativa sin proyecto1197.9.2. Alternativa con proyecto119

CAPTULO 8: PRESUPUESTO DEL PROYECTO

8.1. Anlisis de precios unitarios1208.2. Presupuesto total de construccin1208.3. Costos de operacin y mantenimiento1208.4. Tabla de presupuesto total de la obra1208.5. Tabla de costo referencial de operacin y mantenimiento anual de la planta120

CAPTULO 9: CONCLUSIONES 150

REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS152

ANEXOS

Anexo 1: Tabulacin de Encuestas .156Anexo 2: Resultados de los ensayos fsico-qumicos y bacteriolgicos del agua residual .158Anexo 3: Resultados de los ensayos fsico-qumicos e hidrulicos del suelo .160


Tabla 1.1. Tabulacin de resultados de la encuesta socio econmica sanitaria3Tabla 1.2. Microempresas existentes en la zona de estudio5Tabla 1.3. Definicin para slidos encontrados en el agua residual8Tabla 1.4. Estacin climatolgica ordinaria usada para el estudio24

INDICE DE TABLAS

viii


Tabla 2.1. Fechas de muestreo de aguas residuales en la ciudad de Gonzanam32Tabla 2.2. Caudales de agua residual en la ciudad de Gonzanam35Tabla 2.3. Temperatura del agua residual37Tabla 2.4. Mtodos de ensayo de los parmetros de caracterizacin de las aguas residuales38Tabla 2.5. Composicin fsico-qumica y bactereolgica del agua residual41Tabla 2.6. Biodegradabilidad del agua residual50


Tabla 3.1. Datos de inspeccin visual in situ de los estratos del terreno52Tabla 3.2. Normas de ensayos y mtodos para caracterizacin del suelo53Tabla 3.3. Caracterizacin fsica del suelo54Tabla 3.4. Resultados de ensayos qumicos del suelo56Tabla 3.5. Interpretacin de los rangos de pH y conductividad elctrica del suelo56Tabla 3.6. Rangos de concentraciones de los componentes qumicos del suelo56Tabla 3.7. Interpretacin de los rangos de capacidad de intercambio catinico del suelo57Tabla 3.8. Caracterizacin qumica del suelo57Tabla 3.9. Valores de K en cm/s para distintos tipos de suelo59Tabla 3.10. Permeabilidad del suelo a 20 grados centgrados.59


Tabla 4.1. Precipitacin media mensual en la ciudad de Gonzanam61Tabla 4.2. Temperaturas medias mensuales en la ciudad de Gonzanam62Tabla 4.3. Velocidad media mensual del viento en la ciudad de Gonzanam64Tabla 4.4. Clculo de la evapotranspiracin mensual en la ciudad de Gonzanam65Tabla 4.5. Clculo del balance hdrico del suelo en la ciudad de Gonzanam66

CAPITULO 5: SELECCIN DE LA TECNOLOGA DE DEPURACIN DE AGUAS RESIDUALES DOMSTICAS

Tabla 5.1. Factores demogrficos69Tabla 5.2. Caractersticas del terreno69Tabla 5.3. Caractersticas del suelo69Tabla 5.4. Objetivos del tratamiento69Tabla 5.5. Factores climticos69Tabla 5.6. Caractersticas del agua residual de la ciudad de Gonzanam 69Tabla 5.7. Composicin del agua residual de la ciudad de Gonzanam70Tabla 5.8. Disponibilidad de recursos 70Tabla 5.9. Aspectos tecnolgicos 70Tabla 5.10. Costos 71Tabla 5.11. Matriz de factores demogrficos 71Tabla 5.12. Matriz de caractersticas del terreno 71Tabla 5.13. Matriz de caractersticas del suelo72Tabla 5.14. Matriz de caractersticas del agua residual72Tabla 5.15. Matriz de remocin de contaminantes 72Tabla 5.16. Matriz de facilidad de operacin y mantenimiento72Tabla 5.17. Matriz de costos73Tabla 5.18. Matriz de impacto ambiental73Tabla 5.19. Puntuacin de las variables73Tabla 5.20. Matriz de seleccin final75Tabla 5.21. Comparacin entre HFL y HSS76

ix


GNZANAM

Tabla 6.1. Caudales de diseo..80Tabla 6.2. Dimensiones del canal de entrada..82Tabla 6.3. Valores de segn Kirshmer..85Tabla 6.4. Dimensiones de las rejas..86Tabla 6.5. Dimensiones del desarenador..89Tabla 6.6. Dimensiones del desengrasador..90Tabla 6.8. Dimensiones del humedal de flujo superficial (HFL).94Tabla 6.9. Especies emergentes ms utilizadas en la depuracin de aguas residuales.94Tabla 6.10. Actividades de operacin y mantenimiento de las unidades de pretratamiento.97Tabla 6.11. Actividades de operacin y mantenimiento del sistema HFL.99

CAPITULO 7: ESTUDIO DE IMPACTO AMBIENTA PARA EL TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES

Tabla 7.1. Evaluacin ecolgica rpida de la flora .106Tabla 7.2. Valoracin de magnitud e importancia de la matriz de Leopold.110Tabla 7.3 Cuadro de evaluacin de impactos de acuerdo a la metodologa de Leopold .116Tabla 7.4. Resumen de afectaciones por actividades .116Tabla 7.5. Resumen de afectaciones por componente ambiental .117

NDICE DE FIGURAS


Figura 1.1. Ubicacin de Gonzanam en la provincia de Loja.2Figura 1.2. Diagrama de las clases texturales bsicas del suelo segn el tamao de las partculas .17Figura 1.3. Diagrama del permemetro de carga variable.21Figura 1.4. Ensayo de Lefranc...22


Figura 2.1. Punto de muestreo de aguas residuales.33Figura 2.2. Toma de muestras de aguas residuales para ensayos fsico-qumicos .34Figura 2.3. Evolucin del caudal de aguas residuales...36Figura 2.4. Aforo de aguas residuales......36Figura 2.5. Evolucin de la temperatura en las muestras de agua residual..37Figura 2.6. Medicin de la temperatura en las muestras de agua residual..38Figura 2.7. Determinacin de fsforo orgnico e inorgnico..40Figura 2.8. Ensayo de DQO..40Figura 2.9. Evolucin del pH en el agua residual..43Figura 2.10. Evolucin de la alcalinidad en el agua residual..43Figura 2.11. Evolucin de los slidos en suspensin del agua residual..43Figura 2.12. Evolucin de los slidos totales en el agua residual..43Figura 2.13. Evolucin del nitrgeno amoniacal en el agua residual..44Figura 2.14. Evolucin del nitrgeno orgnico en el agua residual..44Figura 2.15. Evolucin de nitratos en el agua residual ..44Figura 2.16. Evolucin de nitritos en el agua residual..44Figura 2.17. Evolucin del fsforo orgnico en el agua residual.45Figura 2.18. Evolucin del fsforo inorgnico en el agua residual.45Figura 2.19. Evolucin de cloruros en el agua residual.46Figura 2.20. Evolucin de grasas en el agua residual.46

x

Figura 2.21. Evolucin del carbono orgnico en el agua residual.l46Figura 2.22. Evolucin de la DBO en el agua residual.47Figura 2.23. Evolucin de la DQO en el agua residual.47Figura 2.24. Coliformes totales en el agua residual.47Figura 2.25. Coliformes fecales en el agua residual.47Figura 2.26. Echericha Coli.48Figura 2.27. Evolucin del hierro en el agua residual.48Figura 2.28. Evolucin del plomo en el agua residual.48Figura 2.29. Evolucin del manganeso en el agua residual.49Figura 2.30. Evolucin del plomo en el agua residual.49


Figura 3.1. Toma de muestras de ensayos fsicos del suelo.52Figura 3.2. Muestra inalterada de suelo.53Figura 3.3. Ensayo de textura del suelo.54Figura 3.4. Perfil estratigrfico del suelo55


Figura 4.1. Variacin de la precipitacin con respecto al tiempo.62Figura 4.2. Variacin de la temperatura con respecto al tiempo..63Figura 4.3. Climograma de la ciudad de Gonzanam..63Figura 4.4. Variacin de la velocidad del viento con respecto al tiempo64Figura 4.6. Ficha hdrica del cantn Gonzanam.67


GNZANAM

Figura 6.1. Esquema del humedal de flujo libre77


Ecuacin 1.1. Clculo del tamao de la muestra.2Ecuacin 1.2. Capacidad de infiltracin por el mtodo de carga variable.22Ecuacin 1.3. Conductividad hidrulica por el mtodo de Lefranc.23Ecuacin 1.4. Relleno de datos para precipitacin.25Ecuacin 1.5. Evapotranspiracin mensual.26Ecuacin 1.6. Coeficiente de evapotranspiracin.26Ecuacin 1.6. Coeficiente del calor para evapotranspiracin.26


Ecuacin 2.1. Medida de la biodegradabilidad.50

INDICE DE ECUACIONES

xi


Ecuacin 3.1. Coeficiente de permeabilidad K.58


GNZANAM

Ecuacin 6.1. Mtodo EX-IEOS para el clculo de poblacin futura..78Ecuacin 6.2. Mtodo Geomtrico..78Ecuacin 6.3. Mtodo Logartmico..78Ecuacin 6.4. Caudal de aguas residuales domsticas..78Ecuacin 6.5. Caudal de aguas ilcitas..79Ecuacin 6.6. Caudal por infiltraciones..79Ecuacin 6.7. Caudal medio diario..79Ecuacin 6.8. Factor de mayoracin de Flores..79Ecuacin 6.9. Caudal mximo horario..79Ecuacin 6.10. Coeficiente de Manning..80Ecuacin 6.11. Tirante de agua..81Ecuacin 6.12. Velocidad de Manning..81Ecuacin 6.13. Caudal para el aliviadero..82Ecuacin 6.14. Ecuacin para determinar la altura del aliviadero..82Ecuacin 6.15. Ecuacin de velocidad para orificio sumergido..83Ecuacin 6.16. Ecuacin de continuidad remplazando la ecuacin de velocidad..83Ecuacin 6.17. Ecuacin del rea de una circunferencia para determinar el dimetro de la tubera..83Ecuacin 6.18. Ancho del canal en la zona de reja..84Ecuacin 6.19. Nmero de barras en la reja..84Ecuacin 6.20. Perdidas de carga en la reja..86Ecuacin 6.21. Longitud del canal antes de la reja..86Ecuacin 6.22. Volumen de agua que pasa por el desarenador..88Ecuacin 6.23. Volumen de arena..88Ecuacin 6.24. Longitud del desarenador..88Ecuacin 6.25. Volumen til del desarenador..88Ecuacin 6.26. Periodo de retencin..88Ecuacin 6.27. rea del desengrasador..89Ecuacin 6.28. Volumen del desengrasador..89Ecuacin 6.29. Coeficiente de temperatura a 25 grados para remocin de DBO..90Ecuacin 6.30. rea superficial requerida para eliminar DBO..91Ecuacin 6.31. Tiempo de retencin hidrulica..91Ecuacin 6.32. Determinacin de la carga hidrulica..91Ecuacin 6.33. Concentracin de slidos totales ..91Ecuacin 6.34. Coeficiente de temperatura a 25 grados para remocin de Nitrgeno..92Ecuacin 6.35. Concentracin de nitrgeno en el efluente..92Ecuacin 6.36. rea para la remocin de fsforo..93

xii

REFERENCIAS

1

GENERALIDADES

1.1. INTRODUCCIN

El crecimiento de la poblacin ha trado consigo un problema de contaminacin ocasionado por el vertimiento de las aguas residuales sin tratamiento. Por tanto, es prioritario generar proyectos para atenuar esta problemtica, garantizando la descontaminacin ambiental y la salud pblica.

Actualmente existen numerosas alternativas de tratamiento de aguas residuales, sin embargo, la deficiente operacin y mantenimiento y su baja adaptacin al medio han ocasionado que estas fracasen y sean abandonadas, repercutiendo en grandes prdidas para los municipios, juntas parroquiales, etc. Por tanto, los tratamiento de aguas residuales por mtodos naturales se presenta como una opcin sostenible para las pequeas y medianas poblaciones dada su alta eficiencia, bajos costos de operacin y mantenimiento, facilidad de construccin, comparado con los sistemas convencionales.

El presente trabajo contribuye de alguna manera a reducir la contaminacin por aguas residuales mal tratadas en el cantn Gonzanam, a travs de la bsqueda de una tecnologa que sea relativamente econmica pero no menos eficiente que los sistemas convencionales, sin consumir las grandes cantidades de energa de los sistemas aerbicos modernos y por ende colaborando con la preservacin del medio ambiente sin afectar el calentamiento global. Para este fin se seleccionar y disear la tecnologa ms adecuada utilizando sistemas naturales con nfasis en los aspectos tecnolgicos, considerando un tratamiento primario, previo al diseo propuesto, con el fin de optimizar la remocin de contaminantes.

En este estudio se identifican los principales factores, variables e indicadores de seleccin de la tecnologa para los sistemas de tratamiento naturales. Dentro de los aspectos que permitirn determinar las caractersticas de diseo y eficacia de un sistema de tratamiento de aguas residuales se investigarn las siguientes variables: Caractersticas fsicas, qumicas y bacteriolgicas del agua residual, caractersticas climatolgicas (termo-pluviometra, viento, evapotranspiracin) de la zona donde se ubicarn las instalaciones, caractersticas fsico-qumicas e hidrulicas del suelo que constituye el lecho filtrante y consideraciones ambientales en general. Todo esto a travs de la investigacin de campo, laboratorio y recopilacin de experiencia de otros autores, anlisis y discusin de resultados.

GENERALIDADES

2

1.2. DESCRIPCIN DE LA ZONA DE ESTUDIO

La zona de estudio se centra en la ciudad de Gonzanam. Esta poblacin es uno de los 16 cantones que conforman la provincia de Loja (Fig. 1.1). La ciudad de Gonzanam se encuentra ubicada a 85 km de la capital provincial. Este cantn es considerado como la Capital Agrcola, Ganadera y Artesanal de la Provincia de Loja. La poblacin actual urbana de la ciudad de Gonzanam es de 1960 habitantes calculada mediante proyecciones en funcin del censo del 2001 aplicado por el INEC con un ndice de crecimiento anual del 1%. Su superficie es de 697 km2, registrando en la cabecera cantonal una altura de 2040 m.s.n.m. El clima de la ciudad de Gonzanam es templado, y la mayor parte del ao tiene la presencia del Sol. La temperatura oscila entre los 16 a 20 grados centgrados (C).

1.3. ESTUDIO SOCIO ECONMICO SANITARIO 1.3.1. Clculo del tamao de la muestra

La ejecucin de estudio socio-econmico-sanitario lleva implcito la determinacin del tamao de la muestra, la misma que permitir conocer el nmero de encuestas necesarias para estimar los parmetros a investigar en nuestra zona de estudio.

El tamao de la muestra se calcula estadsticamente utilizando la frmula para una poblacin finita, citada por Pita Fernndez (2001):

(Ecuacin 1.1)

Donde:

n = Tamao de la muestra (1960 hab)

Fig. 1.1 Ubicacin de Gonzanam en la Prov. Loja; Fuente: INEC- Fascculos cantonales

QPZNNQPZ

n..)1(

...

22

2

+=

GENERALIDADES

3

Z = Nivel de confianza con que se realiza la investigacin (Regularmente se utiliza 1.96) P = Probabilidad de ocurrencia (0.5) Q = Probabilidad de ser escogido (0.5) N = Poblacin total = Margen de error (Se asume el 5 %)

Por lo tanto, para el estudio se ha procedido a realizar 321 encuestas en forma aleatoria.

1.3.2. Resultado de las encuestas

En la tabla 1.1 se presenta un resumen de la tabulacin efectuada a las encuestas aplicadas en la zona de estudio, obtenindose resultados de nivel educativo, servicios bsicos (agua potable, cobertura de alcantarillado, tipo de alcantarillado, energa elctrica, centro de salud), actividad econmica, industrias existentes, abastecimiento, eliminacin de aguas, disposicin de desechos slidos, microempresas, etc. La tabulacin detallada la podr encontrar en el Anexo 1.

Tabla 1.1 Tabulacin de Resultados de la Encuesta Socio Econmica Sanitaria

RESULTADO DE LA ENCUESTA SOCIO-ECONMICA-SANITARIA

Nro. DESCRIPCIN TOTALES

1 Nmero de Habitantes 1960

2 Nmero de personas promedio por familia 5

3 Alfabetos 315

4 Analfabetos 6

5 Nmero de personas con vivienda propia 259

6 Nmero de personas que alquilan 46

7 Nmero de casas en Construccin 16

8 Nmero de personas que trabajan 321

encuestasn 321)5.0)(5.0()96.1()11960()05.0()1960)(5.0)(5.0(96.1

22

2

=

+=

GENERALIDADES

4


9

ACTIVIDAD ECONMICA

Agrcola 73

10 Ganadera 97

11 Obrero 18

12 Empleado pblico/privado 36

13 Profesor 24

14 Chofer 5

15 Estudiante 36

16 Comerciante 17

17 Otra actividad 15

18

INGRESO PROMEDIO MENSUAL

Menor a 150 dlares 23

19 De 150 a 300 dlares 75

20 De 300 a 450 dlares 35

21 Mayor a 450 dlares 60

22 No contestaron 128

23

SERVICIOS BSICOS

Energa Elctrica 321

24 Alcantarillado Combinado 218

25 Alcantarillado Separado 39

26 Alcantarillado Mixto 3

27 No tiene alcantarillado 0

28

Camal sin tratamiento 304

29 Centro y/o Sub-centro de Salud 313

30 Mercado 321

31 Gasolinera 321

32 ABASTECIMIENTO DE

AGUA

Tratada 321

33 No tratada 0

34 Tiene Red pblica de agua Potable 321

35 Tiene Conexin Domiciliaria 321

36

ELIMINACIN DE AGUAS

Huerto 20

38 Patio 31

39 Alcantarillado 270

40 Letrina 10

41 Alcantarillado 311

42 DISPOSICIN DE LA BASURA ORGNICA

Bota Huerto 29

43 Utiliza para abono 35

44 Recolector de basura 257

45 DISPOSICIN DE LA

BASURA INORGNICA

Entierra 4

46 Quema 10

47 Recolector de basura 307

GENERALIDADES

5


48 ANIMALES DOMSTICOS

En corral 118

49 Libres 142

50

ELIMINACIN DE ESTIERCOL

Acumula cerca de casa 5

51 Bota al terreno y tapa 17

52 Bota al terreno y no tapa 110

53 Otros (Recolector de basura) 128

Fuente: Encuesta Investigativa Elaboracin: Los autores Fecha de aplicacin: Mayo y Julio de 2009

Tabla 1.2 Microempresas existentes en la zona de estudio.


23

MICROEMPRESAS

Elaboracin artesanal de productos lcteos (quesos). 15

24 Estacin de cambio de aceites a vehculos 2

26 Cerrajera 1

27 Panaderas 10

28 Vulcanizadora 2

29 Sastrera 2

30 Bloqueras 1

a. Educacin

El porcentaje de alfabetismo de la poblacin urbana de Gonzanam es de 98% segn las encuestas realizadas en el presente.

b. Vivienda

De las encuestas aplicadas se determina que el 81% de la poblacin posee casa propia, el 14% arrienda, y un 5% est construyendo sus casas. Por lo cual se puede concluir que la mayor parte de la poblacin tiene vivienda propia.

c. Actividad econmica

Las principales actividades econmicas a las que se dedica la poblacin de Gonzanam son predominantemente la ganadera en un 30% y la agricultura en un 23%. Otro 11% de la poblacin econmicamente activa se dedica a trabajos formales en calidad de empleados pblicos o privados. Apenas el 11% corresponde a estudiantes, el 8% corresponde a profesores. Otras actividades informales a las que se dedican los

GENERALIDADES

6

habitantes en trabajos informales son: 6% obreros y jornaleros, 5% al comercio y otro 5% a otras actividades.

d. Servicios bsicos

En cuanto a los servicios bsicos que tiene la poblacin se determina que el 80% tiene agua potable, alcantarillado y energa elctrica. Otros servicios pblicos con los que cuenta la ciudadana son: recoleccin de basura, Sub-centro de Salud, gasolinera y camal.

e. Abastecimiento de agua

Segn la encuesta realizada el 100% de la poblacin es abastecida de agua potable mediante una conexin domiciliaria a la red pblica, cabe sealar que el lquido vital del que se sirven los pobladores de Gonzanam es tratada.

f. Disposicin de las aguas servidas

En cuanto al servicio de Alcantarillado, se obtuvo que el 100% de la poblacin tiene alcantarillado, de los cuales: el 68% disponen de un sistema de alcantarillado combinado, el 12% de alcantarillado separado y un 19% no tiene conocimiento del tipo de alcantarillado que tienen.

g. Disposicin de los desechos slidos

En cuanto a la disposicin de la basura orgnica el 80% de las personas encuestadas la clasifica en un recipiente de color verde para que sea recolectada. Un 9% la bota a sus huertos y un 11% la utiliza para la elaboracin de abono.

De los pobladores encuestados de la ciudad de Gonzanam: un 98% clasifican la basura inorgnica para que sea recogida por el recolector. Un 2% la quema y solo un 1% la entierra. Por tanto la disposicin de este tipo de desechos se maneja de forma organizada por el municipio del cantn.

h. Microempresas

Los datos recolectados durante la encuesta efectuada, revelan que no existen industrias en la zona urbana, solo pequeas microempresas que se dedican a la fabricacin artesanal de productos lcteos, tambin 10 panaderas, una estacin donde

GENERALIDADES

7

se cambian aceites a los vehculos, 2 vulcanizadoras, una cerrajera donde se elaboran ventanas y otras pequeas estructuras de hierro y 2 sastreras.

1.4. AGUAS RESIDUALES URBANAS (ARU): CARACTERSTICAS, Y COMPOSICIN

1.4.1 Descripcin

Las aguas residuales urbanas son aquellas que se han canalizado en los ncleos urbanos, que se han utilizado en usos domsticos (inodoros, fregaderos, lavadoras, lavabos, baos) (Seonez C., 2004). Adems pueden contener residuos provenientes de los arrastres que las aguas de lluvias y actividades industriales urbanas.

1.4.2 Caractersticas y composicin

La composicin de las ARU presenta un margen de variacin entre diferentes poblaciones ya que, adems, de las influencias de origen domstico, industrial y pluvial, los usos pblicos del agua varan en funcin de la naturaleza de la poblacin. Por tanto, la composicin de las aguas residuales se refiere a los constituyentes fsicos, qumicos y biolgicos que se encuentran en el agua residual, (Metcalf & Eddy, 1996).

En trminos generales, la mayor parte de los componentes presentes en las ARU son: materia orgnica, materia inorgnica, microorganismos, nutrientes, metales.

1.4.2.1. Caractersticas fsico-qumicas

Las principales caractersticas fsicas de un agua residual, son: pH, Slidos totales, Slidos disueltos, Slidos en suspensin, Nitrgeno (Orgnico, amoniacal, nitrato, nitrito), Fsforo (orgnico, inorgnico), Cloruros, Alcalinidad, Grasas, Carbono orgnico Total (COT), Demanda Bioqumica de Oxgeno (DBO), Demanda Qumica de Oxgeno (DQO), Boro, metales pesados (cadmio, nquel, cromo, cobre, hierro, plomo, mercurio, manganeso, zinc), pesticidas (Organoclorados y Organofosforados).

a. pH

La concentracin del ion hidrgeno es un importante parmetro de calidad tanto de las aguas naturales como de las residuales, (Metcalf Eddy, 1996). Mide la magnitud de

GENERALIDADES

8

acidez o alcalinidad del agua residual. Es importante mencionar que el intervalo de pH adecuado para la existencia de la mayor parte de la vida biolgica es relativamente estrecho, normalmente entre pH 5 y 9.

b. Materia slida del agua residual

La materia slida del agua residual est presente tanto en forma disuelta como en suspensin. Adems es importante determinar su presencia, ya que determinan el mayor o menor grado de depuracin que se obtendra de acuerdo con la eficiencia de las distintas etapas de tratamiento. La clasificacin de los diferentes tipos de slidos identificados se muestra en la tabla 1.3

Tabla 1.3 Definiciones para slidos encontrados en agua residual*

PRUEBA DESCRIPCIN Slidos totales (ST) Residuo remanente de la muestra que ha sido evaporada y

secada a una temperatura especfica (103 a 105 C) Slidos voltiles totales (SVT) Slidos que pueden ser volatilizados e incinerados cuando los ST con calcinados (500 50 C) Slidos fijos totales (SFT) Residuo que permanece despus de incinerar los ST (500 50C) Slidos suspendidos totales (SST)

Fraccin de ST retenido sobre un filtro con un tamao de poro especfico medido despus de que ha sido secado a una temperatura especfica.

Slidos suspendidos voltiles (SSV)

Estos slidos pueden ser volatilizados e incinerados cuando los SST son calcinados (500 50 C)

Slidos suspendidos fijos (SSF)

Residuo remanente despus de calcinar SST (500 50 C)

PRUEBA DESCRIPCIN Slidos disueltos totales (SDT) Slidos que pasan a travs del filtro y luego son evaporados y

secados a una temperatura especfica. Slidos disueltos voltiles (SDV)

Slidos que pueden ser volatilizados e incinerados cuando los SDT son calcinados (500 50 C)

Slidos disueltos fijos (SDF) Residuo remanente despus de calcinar los SDT (500 50 C)

Slidos sedimentables Slidos suspendidos, expresados como mililitros por litros, que se sedimentan por fuera de la suspensin dentro de un perodo de tiempo especfico.

* Adaptado de Standard Methods (1995).

La concentracin de slidos totales nos indica la cantidad de lodos que se producirn diariamente en condiciones normales. Adems indican la turbiedad debido a los slidos no filtrables. (Metcalf & Eddy, 1996).

Las sustancias obtenidas por filtracin o centrifugacin y por decantacin de una muestra de agua corresponden a la materia en suspensin, mientras que la que no puede separarse por estos mtodos y pasa a travs del papel filtro se denomina materia

GENERALIDADES

9

disuelta. La materia en suspensin constituye la contaminacin ms fcil de eliminar del agua, siendo la sedimentacin el principal mecanismo de eliminacin.

La concentracin de slidos suspendidos se debe a material causado por partculas flotantes, como trozos de vegetales, animales, basura y aquellas otras que pueden ser perceptibles a simple vista. Esta concentracin afecta la DBO y DQO debido a que los slidos consumen el oxigeno existente. (Metcalf & Eddy, 1996).

c. Nitrgeno

Los elementos nitrgeno son esenciales para el crecimiento de protistas y plantas, razn por la cual reciben el nombre de nutrientes o bioestimulantes. El contenido total de nitrgeno est compuesto por nitrgeno orgnico, amonaco, nitrito y nitrato. (Metcalf & Eddy, 1996).

d. Nitrgeno inorgnico

Tambin llamado nitrgeno amoniacal, este influye en el pH de las aguas. Gran parte del nitrgeno presente en el agua residual se debe a los compuestos nitrogenados utilizados en la agricultura y en la industria qumica como por ejemplo el uso de fertilizantes y detergentes. (Metcalf & Eddy, 1996).

El amonaco se encuentra en el agua residual debido a una degradacin incompleta de la materia orgnica. La presencia de este nutriente significa una posible contaminacin debido a bacterias, desechos de origen animal, y por tanto puede considerarse como insegura.

e. Nitrgeno orgnico

El Nitrgeno orgnico contribuye al desarrollo de las bacterias y dems seres acuticos no deseables. Su presencia en las aguas residuales es aportada a travs de las excretas humanas, adems se los encuentra en la forma de protenas, aminocidos y urea. La presencia de nitrgeno orgnico en las aguas residuales urbanas se debe tambin a los residuos domsticos formados por protenas o productos de su degradacin: polipptidos. (Clair Sawyer, 2001).

f. Nitrgeno de nitrito

Es un indicador de contaminantes previo al proceso de estabilizacin, y rara vez su concentracin excede de 1 mg/L en aguas residuales. Los nitritos son de gran

GENERALIDADES

10

importancia porque son altamente txicos para peces y dems seres acuticos. (Crites Tchobanoglous, 2000).

Los nitritos pueden estar presentes en las aguas, bien por la oxidacin del amoniaco o por la reduccin de los nitratos. En el primer caso, es casi segura que su presencia se deba a una contaminacin resiente, aunque haya desaparecido el amoniaco.

g. Nitrgeno de nitrato

En un agua tpicamente urbana no deben existir nitratos y su presencia se debe a la oxidacin del nitrgeno amoniacal en presencia de oxgeno, ya que la preponderancia del nitrgeno en forma de nitratos en un agua residual es un fiel indicador de que el residuo se ha estabilizado con respecto a la demanda de oxgeno. (Metcalf & Eddy, 1996).

h. Fsforo

La concentracin de fsforo total es comnmente de 4-15 mg/l en aguas residuales urbanas (Metcalf-Eddy, 1996). El fsforo se puede encontrar en tres formas distintas: fsforo orgnico (especies particuladas), ortofosfatos y polifosfatos (especies disueltas).

El fsforo es un nutriente esencial para el crecimiento de las plantas y microorganismos protistas, por tal razn, al nitrgeno y al fsforo se los llama bioestimuladores.

Este parmetro fsico se encuentra en el agua residual urbana principalmente por la materia fecal humana (50-65%), de los vertidos de residuos alimenticios y de los compuestos de fosfato inorgnico contenidos en los detergentes y de los productos de limpieza. El uso de los detergentes como sustituto del jabn a aumentado en gran medida el contenido de fsforo de las aguas residuales domsticas. (Clair N. Sawyer, 2001).

i. Cloruros

La presencia de cloruros en las aguas residuales urbanas es un parmetro importante. Las heces humanas por ejemplo, suponen unos 6g de cloruros por persona y da. (Metcalf & Eddy, 1996). En lugares donde la dureza del agua es alta, los compuestos usados para reducir la dureza son fuentes de origen de cloruros.

GENERALIDADES

11

j. Alcalinidad La alcalinidad del agua se define como su capacidad para neutralizar cidos (Standard

Methods, 1995). En aguas residuales la alcalinidad se debe a la presencia de hidrxidos, carbonatos y bicarbonatos de elementos como calcio, magnesio, sodio, potasio o de ion amonio. La alcalinidad es un parmetro esencial de la calidad de un agua y est relacionada con los procesos de nitrificacin y desnitrificacin (Escaler, 1997, citado por Barajas Lpez, 2002, cap. 4).

k. Grasas

Las grasas son los compuestos orgnicos constituidos principalmente por cidos grasos de origen animal y vegetal. Es de suma importancia analizar especficamente la presencia de grasas en el agua residual, ya que pueden provocar problemas en determinadas partes del tratamiento provocando: mal olor, formaciones de espuma e inhiben la vida de los microorganismos, adems provocan problemas de mantenimiento y pueden obstruir conductos.

Las grasas estn siempre presentes en las aguas residuales domsticas debido al uso de manteca, grasas y aceites vegetales en cocinas. Pueden estar presentes como aceites minerales derivados del petrleo, debido a contribuciones no permitidas, como por ejemplo: estaciones de servicio, y son altamente indeseables porque se adhieren a las tuberas provocando su obstruccin.

l. Carbono orgnico total (COT) El carbono orgnico total es un nutriente necesario para el desarrollo de la flora

acutica y por tanto la convivencia o no de su presencia en el vertido va a depender de cuales sean las aplicaciones o los tratamientos que se vayan a hacer. Si su concentracin es elevada provocar el crecimiento de algas indeseables. El carbono orgnico est presente especialmente debido al uso de fertilizantes y a residuos de alimentos. (Metcalf & Eddy, 1995).

El COT se usa como medida de su polucin y se puede relacionar con la DBO y DQO. La relacin entre DBO5/COT para aguas residuales no tratadas vara de 1.2 a 2 mg/l. (Crites Tchobanoglous, 2000). Esta relacin nos ayudar a evaluar la naturaleza orgnica de un agua residual.

GENERALIDADES

12

m. Demanda bioqumica de oxgeno (DBO) La DBO expresa la cantidad de oxigeno necesaria para biodegradar la materia

orgnica (degradacin por microorganismos). En la prctica, permite apreciar la carga de agua en materias putrescibles y su poder autodepurador, y de ello se puede deducir la carga mxima aceptable. Este indicador se aplica principalmente en el control del tratamiento primario en las estaciones depuradoras y en evaluar el estado de degradacin de los vertidos que tengan carga orgnica. Uno de los ensayos ms importantes para determinar la concentracin de materia orgnica de aguas residuales es el ensayo de DBO que normalmente se mide en un perodo de incubacin de 5 das (DBO5) a 20 C.

n. Demanda qumica de oxgeno (DQO) La medida de la DQO es una estimacin de las materias oxidables presentes en el

agua cualquiera que sea su origen orgnico o mineral (hierro ferroso, nitritos, amoniaco, sulfuros y cloruros). La DQO corresponde al volumen de oxgeno requerido para oxidar la fraccin orgnica de una muestra susceptible de oxidacin al dicromato o permanganato, en medio cido. El DQO generalmente es mayor que la DBO.

Es importante recalcar que si la relacin entre la DBO5/DQO es mayor a 0.5, los residuos se consideran fcilmente tratables mediante procesos biolgicos. Si la relacin DBO5/DQO es menor a 0.3, el residuo puede contener constituyentes txicos.

o. Metales pesados

Los metales pesados son originados por las actividades de tipo industrial y comercial como por ejemplo la metalurgia que es donde se utiliza este tipo de metales. Son de inters en el tratamiento, reutilizacin y vertimiento de efluentes.

Los metales pesados son, en algunos casos esenciales para el desarrollo y el crecimiento de las plantas y microorganismos, y a determinados niveles estos elementos esenciales se pueden convertir en txicos. El Cobre, Plomo, Nquel, Zinc, Mercurio retardan la accin microbiana. En esta forma los compuestos txicos en aguas y desechos conducen a resultados alterados de DBO.

Los metales pesados analizados para nuestro estudio son: cobre, cadmio, nquel, cromo, hierro, plomo, mercurio, manganeso, zinc.

GENERALIDADES

13

Cobre.- El cobre es un metal que ocurre naturalmente en el ambiente. Este metal se usa para fabricar: alambres, caeras y lminas de metal. El cobre tambin se combina con otros metales para fabricar caeras y grifos de latn y bronce.

Los compuestos de cobre son usados comnmente en la agricultura para tratar enfermedades de las plantas, como el moho, para tratar agua, y como preservativos para alimentos, cueros y telas, adems puede ser liberado por la industria minera, actividades agrcolas y de manufactura. (ATSDR, septiembre 2004).

Hierro.- La concentracin elevada de hierro puede deberse al arrastre de tierra del lugar, donde se encuentra con mayor frecuencia suelos arcillosos viejos u oxidados; esto se debe a que el hierro se produce al romperse los bordes de los minerales cristalinos de la arcilla. Tambin puede ser que existan lavaderos de minerales, empresas siderrgicas y otras, (Metcalf & Eddy, 1995).

Plomo.- La mayor parte proviene de actividades como la minera, manufactura industrial y de quemar combustibles fsiles. Se usa en la fabricacin de bateras, municiones, productos de metal (soldaduras y caeras). Debido a inquietudes sobre salud pblica, la cantidad de plomo en pinturas y cermicas y en materiales para recubrir y soldar se ha reducido considerablemente en los ltimos aos. (ATSDR, agosto 2007).

Mercurio.- El mercurio es altamente txico a niveles relativamente bajos y se acumula en los peces. Produce "clorosis" en las plantas, es venenoso para los animales.

Manganeso.- El manganeso puede ser liberado al aire, al suelo y al agua durante la manufactura, uso o disposicin de productos a base de manganeso. El manganeso no puede ser degradado en el ambiente. Solamente puede cambiar de forma o adherirse o separarse de partculas. En el agua, tiende a adherirse a partculas o a depositarse en el sedimento. La forma qumica del manganeso y el tipo de suelo determinan la rapidez con que se moviliza a travs del suelo y la cantidad que es retenida en el suelo. (ATSDR, septiembre 2008).

El manganeso ocurre naturalmente en la mayora de los alimentos y adems se puede agregar a algunos alimentos. El manganeso se usa principalmente en la produccin de acero para mejorar su dureza, rigidez y solidez. Tambin se puede usar como aditivo en la gasolina para mejorar su octanaje. (ATSDR, septiembre 2008).

GENERALIDADES

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Zinc.- Su presencia se debe a que el agua en algunos casos arrastra y lava algunos desechos de la basura como pilas y otros productos contaminantes. (Metcalf & Eddy, 1995). Cierta cantidad de zinc es liberada al ambiente por procesos naturales, pero la mayor parte proviene de actividades humanas tales como la minera, produccin de acero, combustin de petrleo e incineracin de basura.

El zinc puro es un metal brillante blanco-azulado. Tiene muchos usos comerciales como revestimiento para prevenir corrosin, en compartimientos de bateras secas y, mezclado con otros metales, para fabricar aleaciones como el latn y bronce. El zinc se combina con otros elementos para formar compuestos de zinc. Los compuestos de zinc son ampliamente usados en la industria para fabricar pinturas, caucho, tinturas, preservativos para maderas y ungentos. (ATSDR, agosto 2005).

1.4.2.2. Pesticidas clorados y pesticidas organoclorados

Los pesticidas son compuestos usados para impedir, destruir, repeler o controlar formas de vida tanto animales como vegetales (J. Romero, 1999). Como pesticidas con se puede designar a los: herbicidas, fungicidas, o insecticidas.

Los pesticidas se pueden clasificar segn a la familia qumica a la que pertenezcan. Las ms importantes para nuestro estudio son: Organofosforados Y Organoclorados.

p. Organofosforados

Los pesticidas organofosforados tienden a degradarse rpidamente cuando se exponen a la luz, el aire y el suelo aunque pequeas cantidades pueden persistir y terminar en la comida y en el agua potable. Su capacidad de degradacin hace de estos compuestos una interesante alternativa para los persistentes pesticidas organoclorados. Estos pesticidas tienen una toxicidad mucho ms aguda planteando riesgos para los agricultores, los aplicadores de pesticidas y cualquiera que se exponga a cantidades importantes de estos compuestos.

Los organofosforados comnmente utilizados incluyen: Parathion, Malathion, Methylparathion, Chlorpyrifos, Dichlorvos, Phosmet, Azinphos methyl.

q. Organoclorados

Esta familia qumica hace referencia a un amplio grupo de compuestos qumicos orgnicos que contiene cloro, adems de otros elementos qumicos. Muchos insecticidas

GENERALIDADES

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poderosos y efectivos son compuestos organoclorados. Algunos ejemplos comunes incluyen: DDT, dicofol, heptachlor, endosulfan, chlordane, mirex y pentachlorophenol. Tienen una importante persistencia no slo en el suelo sino tambin a nivel de los tejidos humanos. Numerosos compuestos representativos de esta categora estn prohibidos debido a su neurotoxicidad.

1.4.2.3. Caractersticas bacteriolgicas

Las caractersticas biolgicas de las aguas residuales son de fundamental importancia en el control de enfermedades causadas por organismos patgenos de origen humano. (Crites Tchobanoglous, 2000). Las bacterias y otros microorganismos cumplen un papel activo dentro de la descomposicin y estabilizacin de la materia orgnica y necesitan nutrientes para su desarrollo, tales como: N, P, K, Mg, Fe, Cl, su ausencia limitara o alterara su crecimiento.

Uno de los parmetros ms usados para evaluar las caractersticas bacteriolgicas de un agua residual son los Coliformes Totales que incluyen: Coliformes Fecales + Coliformes de Origen No-fecal. Los coliformes son especies de organismos que indican contaminacin por desechos humanos y animales (Metcalf & Eddy, 1996). Es importante mencionar que el grupo Coliformes Fecales estn compuestos de varias cepas de bacterias, donde se encuentra el Escherichia Coli.

El ESCHERICHIA COLI es un organismo parte de la poblacin bacteriana que se encuentra en los intestinos del ser humano y animales, comn en heces humanas. (Metcalf & Eddy, 1996). Las especies de E. Coli aparentan ser las ms representativas de contaminacin por origen fecal, por lo que se lo utiliza como un indicador.

1.5. EL SUELO: CARACTERSTICAS Y COMPOSICIN Uno de los aspectos fundamentales para seleccionar un tratamiento natural con

aplicacin directa sobre el terreno, implica realizar un estudio de caracterizacin fsico-qumica e hidrulica del suelo donde se producen de forma intensa los procesos responsables de la depuracin de las aguas residuales.

1.5.1 Caractersticas fsicas del suelo

Las caractersticas fsicas del suelo nos permitirn conocer dos aspectos fundamentales la porosidad y la estructura de las cuales depender la permeabilidad del

GENERALIDADES

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suelo. Los ensayos ms adecuados para clasificar el suelo son: los lmites de Atterberg, granulometra, textura y estructura.

a. Lmites de Atterberg

Llamados tambin lmites de consistencia se utilizan para caracterizar el comportamiento de los suelos finos.

- Lmite lquido: Es cuando el suelo pasa de un estado semilquido a un estado plstico y puede moldearse. Para la determinacin de este lmite se utiliza la cuchara de Casagrande.

- Lmite plstico: Es cuando el suelo pasa de un estado plstico a un estado semislido. Este ensayo mide la humedad ms baja con la que pueden formarse cilindros de suelo de 3 mm (1/8") de dimetro, rodando dicho suelo entre la palma de la mano y una superficie lisa, sin que dichos cilindros se desmoronen.

b. Granulometra

La granulometra es la distribucin de los tamaos de las partculas de un agregado. El mtodo de determinacin granulomtrico ms sencillo es hacer pasar las partculas por una serie de mallas de distintos anchos de entramado (a modo de coladores) que acten como filtros de los granos que se llama comnmente columna de tamices. El ensayo de granulometra nos permite determinar el tipo de suelo segn una escala granulomtrica.

c. Textura

El anlisis de la textura aporta informacin acerca de los factores principales que condicionan el comportamiento del suelo y zona no saturada como transmisor del fluido y depurador. Las fracciones granulomtricas finas, especialmente dentro del rango de los limos finos y las arcillas, son las responsables de gran parte de los procesos de depuracin y de retencin de los sedimentos orgnicos que luego sern descompuestos por la actividad microbiolgica (Moreno Merino L, et. al, 2000).

Para determinar la clase textural del suelo se ha utilizado el diagrama triangular de textura Fig. 1.2. El equipo utilizado es el hidrmetro, el cual se usa para determinar el porcentaje de partculas de suelos dispersados que permanecen en suspensin en un determinado tiempo. La cantidad de muestra necesaria para limos y arcillas es de 50 a 60 gramos de suelo.

GENERALIDADES

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Fig. 1.2 Tringulo textural

d. Estructura

La estructura del suelo se define por la forma en que se agrupan las partculas individuales de arena, limo y arcilla. Cuando las partculas individuales se agrupan, toman el aspecto de partculas mayores y se denominan agregados.

Observar la estructura del suelo es importante, permitiendo establecer la eficiencia de las arcillas en los procesos de infiltracin sobre el suelo, ya que las arcillas mal estructuradas disminuyen la capacidad de infiltracin del suelo.

La forma estructural del suelo se determina con un examen visual in-situ, observando los estratos y que caractersticas de color presentan cada uno de ellos, mediante la excavacin de una calicata.

GENERALIDADES

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1.5.2 Caractersticas qumicas del suelo

Las caractersticas qumicas del suelo influyen bsicamente en la capacidad de depuracin del suelo, as como los mecanismos de retencin de ciertos constituyentes. Los anlisis qumicos incluyen:

Capacidad de intercambio catinico pH % de materia orgnica Nitrgeno total Fsforo Potasio Calcio Magnesio Hierro Manganeso Cobre Zinc Boro Azufre

e. Intercambio catinico

Todos los suelos presentan cargas negativas en la superficie de sus constituyentes. De acuerdo con el principio de electro-neutralidad, las cargas negativas en la superficie de los coloides son neutralizadas por una cantidad equivalente de cationes en la solucin suelo, los que pueden quedar adsorbidos (Alloway, 1995; Silva, 2004).

Esta adsorcin de cationes por el suelo, se caracteriza porque el in es atrado electrostticamente por las superficies cargadas de la fraccin coloidal del suelo, formando complejos llamados esferas externas. La cantidad de iones que pueden ser adsorbidos de forma intercambiable en el suelo se llama capacidad de intercambio catinico.

f. pH

El pH cumple una de las funciones ms relevantes influyendo de forma directa sobre los organismos del suelo, (Seonez C., 2004). Adems, el pH est directamente relacionado con la disponibilidad de nutrientes a travs de su conexin al porcentaje de saturacin de bases como el Calcio y Magnesio.

GENERALIDADES

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En general, el pH ms apropiado para que la vegetacin tenga nutrientes disponibles, debe ser ligeramente cido, del orden de 6,4 a 6,7. (Seonez C., 2004).

El pH del suelo tiene un efecto sobre la biodisponibilidad de la mayora de los metales pesados al afectar el equilibrio entre: la solubilidad, adsorcin e intercambio de iones en el suelo (Kabata Pendias, 2000; Reichman, 2002).

g. Contenido de materia orgnica

La materia orgnica contribuye al crecimiento vegetal mediante sus efectos en las propiedades fsicas, qumicas y biolgicas del suelo.

Dentro de sus propiedades estn las siguientes:

- Funcin nutricional la que sirve como fuente de nitrgeno y fsforo para el desarrollo vegetal.

- Funcin biolgica la que afecta profundamente las actividades de organismos de microflora y microfauna.

- Funcin fsica y fsico-qumica la que promueve una buena estructura del suelo, por lo tanto mejorando la aireacin y retencin de humedad e incrementando la capacidad amortiguadora y de intercambio de los suelos.

h. Nitrgeno

Las prdidas de nitrgeno en el suelo, adems de las debidas al consumo de las plantas y lixiviacin de nitratos, pueden producirse por desnitrificacin y volatilizacin. La desnitrificacin tiene lugar cuando la aireacin es pobre, y por la alta demanda de oxgeno y materia carbonosa residual. La volatilizacin del amoniaco ocurre con pH alcalinos y cuando hay una considerable aireacin o movimiento de aire sobre el suelo.

i. Fsforo

La inmovilizacin del fsforo est relacionada con los constituyentes minerales del suelo. En suelos cidos se debe a la formacin de compuestos insolubles de hierro y aluminio, mientras que en suelos alcalinos la fijacin se debe a compuestos insolubles de calcio.

GENERALIDADES

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j. Potasio La importancia del potasio en el suelo radica fundamentalmente en el cuidado de las

plantas, en general el suelo normalmente retiene el potasio y es usado por las plantas para tener ms resistencia a las enfermedades.

k. Calcio

El calcio es ms comn en suelos agrcolas procedentes de las rocas originarias, es un dominante de los cationes donde la mayor o menor cantidad se refleja en el grado de saturacin de las arcillas, cuyo indicador es el pH del suelo.

Por lo general es absorbido por las plantas, adems es utilizado como parte fundamental en la constitucin de las sales en la solucin del suelo.

l. Magnesio

El magnesio tambin es un elemento presente en el suelo para ser absorbido por la plantas en forma de sales solubles. En trminos generales el calcio y magnesio se encuentran disponibles como cationes de intercambio y la cantidad disponible tiene una relacin directa con la meteorizacin de los minerales y el grado de lixiviacin.

m. Hierro (Fe) y manganeso (Mn) Los xidos hidratados de Fe y Mn absorben metales pesados en forma especfica y

determinan su biodisponibilidad. Tambin actan en el intercambio catinico ya que, dependiendo del pH pueden tener carga negativa en su superficie.

Se ha demostrado que los xidos de hierro y manganeso tienen mayor capacidad de adsorcin de metales pesados que los xidos de aluminio y otros minerales de la arcilla.

n. Cobre y zinc

Son micronutrientes para las plantas, o sea que solamente son necesarias en cantidades relativamente bajas. Es importante mencionar que a medida que se aumenta la concentracin del fosforo en el suelo, disminuye la absorcin del Zinc por la races de las plantas.

GENERALIDADES

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1.5.3 Caractersticas hidrulicas del suelo

Las caractersticas hidrulicas del suelo permiten conocer la cantidad de agua que puede ser infiltrada por unidad de superficie y por tanto, es determinante a la hora de establecer las dimensiones del sistema de depuracin. Dentro de estas caractersticas estn la permeabilidad o capacidad de infiltracin del suelo, la cual limita la carga hidrulica admisible por el suelo receptor. Otro de los ensayos que delimita el tipo de tratamiento es la profundidad a la que se encuentra el nivel fretico.

o. Permeabilidad o capacidad de infiltracin

La permeabilidad es la capacidad con la que el agua pasa a travs del suelo y depende de la estructura y la textura del suelo. Puede medirse en el laboratorio o en el terreno. En laboratorio puede ser determinada a travs de dispositivos llamados permemetros por dos mtodos: por carga variable y por carga constante; para nuestro estudio se utiliza el mtodo de permemetro de carga variable.

Ensayo en laboratorio (Mtodo de carga variable), Esta prueba se usa para determinar el coeficiente de permeabilidad de suelos finos, tales como arenas finas, limos y arcillas, (Alarcn, Alva, 1999). Consiste en utilizar un permemetro que mide la cantidad de agua que atraviesa una muestra de suelo, por diferencia de niveles en un tubo piezomtrico. Este mtodo, brinda mayor exactitud para suelos menos permeables.

La cantidad de agua escurrida es medida en forma indirecta por medio de la observacin de la relacin entre la cada de nivel de agua en el tubo piezomtrico y el tiempo transcurrido.

Fig. 1.3 Diagrama del permemetro de carga variable Fuente: Permeabilidad Suelos, (Angelone, et al., 2006)

GENERALIDADES

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Se obtiene el valor del coeficiente de permeabilidad k, usando la siguiente ecuacin segn Cheng Liu, et. al, 2000:

(Ecuacin 1.2)

Donde:

k= coeficiente de permeabilidad, cm/s a= rea de la seccin transversal del tubo alimentador, cm2 L= Longitud de la muestra, cm A= rea de la seccin transversal de la muestra, cm2 h1= altura hidrulica al inicio de la experiencia, cm h2= altura hidrulica al final de la experiencia, cm t = tiempo total en que el agua del tubo alimentador pasa de una altura h1 a h2, s

La permeabilidad calculada es para el valor de la temperatura del agua que se utiliza para el ensayo. Es necesario corregir esta permeabilidad a 20C multiplicando el valor calculado por el coeficiente de viscosidad del agua a esa temperatura, ya que se necesita estandarizar el coeficiente k a una determinada temperatura para comparaciones posteriores.

Ensayo in-situ (Ensayo Lefranc con carga variable)

Este ensayo se utiliza para medir el coeficiente de permeabilidad en suelos permeables y semipermeables. El ensayo se efecta en el interior de sondeos y puede realizarse durante la ejecucin de la perforacin o una vez finalizada sta. La perforacin debe quedar entibada y, nicamente el tramo de prueba, situado en la parte inferior de la tubera quedar libre. Se hace subir el nivel hasta una altura h0, y posteriormente se mide dos niveles, h1 y h2, entre las que ha transcurrido un tiempo t.

2

1log*

3.2hh

tAaLk =

Fig. 1.4 Ensayo Lefranc

GENERALIDADES

23

= 22

8 12

La permeabilidad se calcula mediante la expresin siguiente:

(Ecuacin 1.3)

Donde: K = conductividad hidrulica, m/s h1, h2 = altura del agua al principio y al final del ensayo, m t = tiempo transcurrido entre la observacin de los niveles h1 y h2, s L = longitud de la zona filtrante, m d = dimetro de la zona filtrante, m de = dimetro de la entubacin (puede ser igual a d), m

p. Profundidad del nivel fretico

La profundidad del nivel fretico es uno de los aspectos ms importantes y limitantes a la hora de seleccionar una tecnologa de depuracin de las aguas residuales, ya que evidencia la presencia de aguas subterrneas y la posible contaminacin de las mismas por el transporte de contaminantes desde el subsuelo, si el sistema de tratamiento no opera correctamente.

Dependiendo del sistema de que se vaya a implementar para el tratamiento de las aguas residuales para la ciudad de Gonzanam es necesario, determinar a qu profundidad se encuentra el nivel fretico. Por tanto, para comprobar si el terreno cumple esta condicin se efecta una perforacin de 3 a 4 m con algn equipo de apropiado.

Tambin es importante considerar que el nivel fretico vara estacionalmente con las lluvias, siendo recomendable conocer la variacin del nivel en poca de invierno y verano.

1.6. CARACTERSTICAS CLIMATOLGICAS La relevancia del clima como factor regulador del medio natural y su incidencia sobre

el ser humano y sus actividades, es innegable, uno de los aspectos importantes que sirven como criterio de seleccin de la tecnologa adecuada de depuracin del agua residual, es el estudio climatolgico de la ciudad de Gonzanam.

GENERALIDADES

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La caracterizacin climatolgica engloba cuatro factores que son de real importancia e indispensables en el proceso, stos son:

- Precipitacin - Temperatura - Evapotranspiracin - Viento

La evolucin de los factores climticos, constituyen datos necesarios para el clculo de:

- El nmero de das que el sistema no puede operar (L. Moreno, 2003) - Los ciclos de humectacin/desecado (L. Moreno, 2003) - La escorrenta superficial que puede llegar a las instalaciones (L. Moreno, 2003).

1.6.1 Recopilacin de la Informacin

Es importante disponer de la mayor cantidad de aos de registro de los diferentes factores climatolgicos no menor de 10 de aos. (Moreno L., 2003). La fuente de informacin fue el Instituto Nacional de Meteorologa e Hidrologa (INAMHI), a travs del convenio entre la Universidad Tcnica Particular de Loja y PREDESUR.

Para el estudio hidrolgico de la ciudad de Gonzanam, se utiliz la estacin climatolgica ordinaria Gonzanam con las caractersticas que se detallan en la tabla siguiente:

Tabla 1.4- Estacin climatolgica ordinaria usada para el estudio.

ESTACIN CLIMATOLGICA ORDINARIA GONZANAM

CODIGO NOMBRE TIPO LATITUD LONGITUD ELEVACIN PROVINCIA FECHA DE INSTALACIN

M149 Gonzanam CO 041349S 792552W 2042 msnm Loja 01-oct-75

Para el clculo de la precipitacin media mensual, temperatura media mensual, velocidad media del viento en 24 horas se ha tomado el registro de 41 aos (1965-2005), 37 aos (1965-2001), y 20 aos (1982 al 2001) respectivamente.

Fuente: INAMHI - http://www.inamhi.gov.ec/estaciones/estacionesportipo/redactual2006co.pdf

GENERALIDADES

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1.6.2 Precipitacin

La precipitacin es un aporte ms a la balsa de infiltracin, por ello es necesario contar con una descripcin, tanto de las precipitaciones mximas, mnimas y medias mensuales, para cada ao tipo, como de su distribucin mensual.

Los datos de precipitacin que no constan en los registros del INAMHI para algunos meses, fueron rellenados utilizado el mtodo hidrolgico de las proporcionalidades con la siguiente ecuacin:

Con los resultados obtenidos se utiliz la siguiente expresin matemtica:

(Ecuacin 1.4)

Donde: Xi = Variable que representa el dato mensual faltante del ao a rellenar, mm PmN = Precipitacin media mensual del periodo, mm Pa = Sumatorias anuales de precipitacin de series completas, mm

1.6.3 Temperatura

La evaporacin directa puede suponer un porcentaje no despreciable de la prdida de agua de la balsa de infiltracin, y puesto que en la evaporacin influye directamente la temperatura ambiente habr que contar con un estudio de distribucin de las temperaturas.

Como es conocido, en las latitudes ecuatoriales la temperatura depende directamente de la elevacin en la que se encuentra la estacin de registro an ms que de la latitud o la temporada del ao. Se opt por realizar el relleno de datos faltantes utilizando la media mensual de las temperaturas registradas.

1.6.4 Evapotranspiracin

Es un factor relevante para el diseo, proporcionando la informacin necesaria para conocer la perdida de agua en la superficie cubierta completamente de vegetacin. La evapotranspiracin est constituida por las prdidas totales, es decir: evaporacin de la superficie evaporante (del suelo y agua) + transpiracin de las plantas.

PaincompletoaoexistentesdatosXXX

PmX

PmX

PmX N

N

N +++===

.....21

2

2

1

1

GENERALIDADES

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La evapotranspiracin es necesaria para realizar el balance total de agua en las balsas, aunque se pueden emplear mtodos basados en formulaciones empricas, el ms comn en el Ecuador es el de Thornthwaite, usado en este estudio. En este caso son necesarios los datos de temperatura media mensual para realizar su clculo.

La frmula utilizada para la evapotranspiracin mensual (Vj), en mm es:

(Ecuacin 1.5)

Donde: Ka = Valor de correccin de Vj, de acuerdo con el mes considerado y a la latitud de la localidad que determinan las horas de sol, cuyos valores se obtienen de tablas. Tj = Temperatura media mensual I = ndice trmico anual = Sumatoria de ij a = exponente que vara con el ndice anual de calor de la localidad

ij y a se calculan con las siguiente ecuaciones:

(Ecuacin 1.6)

(Ecuacin 1.7)

1.6.5 Viento

El viento es un factor climatolgico muy importante que junto a la temperatura influye en la posible generacin de malos olores desde la planta de tratamiento a las viviendas ms cercanas. Por tanto, en lo posible habr que evitar situar las balsas en lugares azotados por el viento. En el caso, poco frecuente, de aplicar el agua mediante aspersores es necesario evitar que el viento pueda arrastrar partculas de agua hacia la poblacin o zonas de cultivo de consumo directo.

a

jaj I

TKV

=

1016

514.1

5

=

Tji j

492.010*17910*77110*675 42739 ++= IIIa

GENERALIDADES

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1.7. TRATAMIENTOS NATURALES DE AGUAS RESIDUALES

Los sistemas naturales de depuracin de aguas residuales engloban los procedimientos en los que el tratamiento se debe a la accin combinada de la vegetacin, el suelo y los microorganismos sin emplearse ningn tipo de agregado qumico. Sin embargo, es necesario realizar un tratamiento primario que retenga los slidos y las grasas para optimizar la remocin de contaminantes.

En los ltimos aos este tipo de tratamientos han recobrado inters debido a sus ventajas econmicas, reducido consumo energtico, baja produccin de fangos, fcil operacin y mantenimiento con respecto a los sistemas convencionales, y que por tanto, se convierten en alternativas sostenibles para las pequeas comunidades en donde, el reso de afluentes tratados aplicados a la agricultura puede impulsar la produccin agrcola y mejorar las condiciones econmicas de los campesinos de estas zonas.

Los principales tipos de sistemas de tratamiento en el terreno para aguas residuales incluyen:

Infiltracin Rpida

Infiltracin Lenta

Escorrenta Superficial

Humedales: flujo superficial o flujo subsuperficial

1.7.1 Infiltracin rpida (IR) La infiltracin rpida es un mtodo de inundacin del suelo, apropiada para

tratamiento de aguas residuales domsticas, limitada por las caractersticas del suelo, los costos del terreno y los impactos sobre las aguas subterrneas.

En los sistemas de infiltracin rpida el agua aplicada se infiltra por la superficie y percola por los poros del suelo. Se realiza sobre suelos muy permeables de textura gruesa, por lo que las superficies necesarias son relativamente pequeas con cargas hidrulicas elevadas. El tratamiento se realiza en el suelo sin la intervencin de plantas. (Durruti. J, 1976).

Es un sistema de recarga y posible proteccin de los acuferos, remocin de contaminantes, es fcil de operar y necesita menos rea que otros mtodos de aplicacin

GENERALIDADES

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sobre el suelo. Su principal limitacin es el peligro de contaminacin de las aguas subterrneas en caso de deficiente operacin.

Para la instalacin de este sistema es primordial:

Pendiente < 10% para evitar remociones excesivas de terreno. Nivel fretico a una profundidad de 3 m. Permeabilidad del suelo rpida.

1.7.2 Infiltracin lenta (IL) Los sistemas de infiltracin lenta contemplan la aplicacin del agua residual

domstica sobre un terreno con vegetacin para conseguir tanto el grado necesario de tratamiento como el crecimiento de la vegetacin existente. (Metcalf & Eddy, 1996), a travs de la interaccin del suelo, microorganismos y vegetacin.

El proceso depurador consiste en aplicar mediante cualquier tcnica convencional de riego (aspersores fijos o mviles) el agua residual domstica pretratada para que se infiltre vertical y horizontalmente en el suelo y as abandonar sus contaminantes. Por tanto, el tratamiento se produce conforme el agua aplicada percola en el terreno.

Los sistemas de IL se pueden clasificar como tipo I (infiltracin lenta) o de tipo II (irrigacin en cultivo), dependiendo de los objetivos del diseo. Cuando el objetivo principal es el tratamiento de aguas residuales se clasifica como tipo I, y se trata la mayor cantidad de agua residual en la menor rea de terreno posible. (Crites Tchobanoglous, 2000). Los sistemas tipo 2 se disean con la finalidad de reutilizar el agua para la produccin agrcola, y consisten en aplicar una caudal suficien

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